mysqld核心函数调用流程解析

MariaDB 中 mysqld 进程概述

在 MariaDB 数据库系统里，mysqld 是核心进程，负责管理数据库文件、处理客户端连接、执行 SQL 语句等关键任务。mysqld 启动后，会初始化一系列关键组件，如内存分配模块、日志系统、存储引擎等，为数据库的正常运行奠定基础。

从操作系统层面看，mysqld 是一个独立的进程，它监听特定端口（默认为 3306）等待客户端连接。一旦有连接请求，mysqld 就会派生出一个线程（在多线程模型下）或进程（在多进程模型下）来处理该连接的交互。

mysqld 启动阶段核心函数调用

main 函数入口
- mysqld 的启动始于 main 函数，这个函数位于 mysqld.cc 文件中。在 main 函数里，首先会进行一些基本的初始化操作，如设置信号处理函数，这些函数用于处理诸如 SIGTERM（终止信号）、SIGINT（中断信号）等系统信号，确保 mysqld 在接收到这些信号时能进行安全的关闭或其他处理。
- 示例代码片段（简化示意）：

int main(int argc, char **argv) {
    // 设置 SIGTERM 信号处理函数
    signal(SIGTERM, mysqld_signal_handler);
    // 更多初始化操作
    //...
    return 0;
}

选项解析
- 接下来，main 函数会调用 handle_options 函数来解析命令行选项和配置文件选项。这些选项涵盖了数据库的运行模式（如安全模式、只读模式等）、数据目录位置、日志文件路径等重要设置。
- handle_options 函数会遍历命令行参数和配置文件中的设置项，将其解析为内部可识别的变量。例如，通过 --datadir 选项指定的数据目录路径会被解析并存储在相应的变量中，供后续数据库初始化使用。
初始化关键组件
- 内存分配初始化：mysqld 调用 mem_init 函数来初始化内存分配模块。这个模块对于数据库高效运行至关重要，它负责管理各种数据结构（如缓冲池、查询缓存等）的内存分配和释放。
- 日志系统初始化：log_init 函数用于初始化日志系统。数据库日志分为二进制日志（用于数据备份和主从复制）、重做日志（用于崩溃恢复）等。log_init 函数会配置日志文件的路径、大小限制等参数。
- 存储引擎初始化：ha_init 函数负责初始化存储引擎。MariaDB 支持多种存储引擎，如 InnoDB、MyISAM 等。ha_init 函数会遍历已编译进系统的存储引擎列表，调用每个存储引擎的初始化函数。例如，对于 InnoDB 存储引擎，会初始化其缓冲池、锁管理器等组件。

客户端连接处理核心函数调用

监听端口与接受连接
- mysqld 使用 socket 系统调用创建一个监听套接字，并绑定到指定端口（如 3306）。这一过程在 mysqld.cc 的相关网络初始化代码中实现。
- 示例代码（简化网络初始化部分）：

int listen_sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
struct sockaddr_in servaddr;
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
servaddr.sin_port = htons(3306);
bind(listen_sock, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));
listen(listen_sock, BACKLOG);

当有客户端连接请求时，mysqld 调用 accept 函数接受连接。accept 函数返回一个新的套接字描述符，用于与客户端进行通信。

连接线程创建与处理
- 在多线程模型下，mysqld 会为每个新连接创建一个线程来处理。pthread_create 函数用于创建新线程，线程的执行函数通常是 handle_connection。
- handle_connection 函数负责与客户端进行交互，包括认证客户端身份、接收和解析客户端发送的 SQL 语句等。
- 示例代码（简化线程创建部分）：

pthread_t new_thread;
pthread_create(&new_thread, NULL, handle_connection, (void *)new_sockfd);

客户端认证
- 在 handle_connection 函数中，首先进行客户端认证。认证过程涉及到验证客户端提供的用户名、密码等信息。check_connection 函数在这一过程中起到关键作用，它会查询数据库中的用户表（如 mysql.user 表），比对客户端提供的认证信息与存储在表中的信息是否匹配。
- 如果认证成功，客户端可以继续与数据库进行交互；否则，mysqld 会关闭连接并返回相应的错误信息。

SQL 语句处理核心函数调用

SQL 语句接收与解析
- 客户端连接线程（由 handle_connection 管理）接收客户端发送的 SQL 语句。这些语句以字符串形式接收，存储在缓冲区中。
- lex_and_parse 函数负责对 SQL 语句进行词法分析和语法分析。词法分析将输入的 SQL 字符串分解为一个个的词法单元（如关键字、标识符、操作符等），语法分析则根据这些词法单元构建语法树。例如，对于 SQL 语句 SELECT * FROM users WHERE age > 18;，词法分析会将其分解为 SELECT、*、FROM、users、WHERE、age、>、18 等词法单元，语法分析会构建一棵反映该语句逻辑结构的语法树。
查询优化
- 语法分析完成后，mysqld 调用 optimize_sql 函数进行查询优化。查询优化器会根据语法树和数据库的统计信息（如索引信息、表的行数等）生成最优的执行计划。
- 例如，对于上述 SELECT 语句，如果 users 表的 age 列上有索引，查询优化器可能会选择使用索引来加速查询，而不是全表扫描。优化器会考虑多种执行方案，并通过成本估算等算法选择成本最低的方案作为最终执行计划。
存储引擎交互
- 一旦确定了执行计划，mysqld 会根据存储引擎类型与相应的存储引擎进行交互。例如，如果表使用的是 InnoDB 存储引擎，mysqld 会调用 InnoDB 存储引擎的接口函数来执行查询。
- 对于 SELECT 语句，mysqld 可能会调用 InnoDB 的 ha_innobase::rnd_next 函数来逐行读取数据。如果是 INSERT 语句，会调用 ha_innobase::write_row 函数将新行数据写入存储引擎。

事务处理核心函数调用

事务开始
- 当客户端发送 START TRANSACTION 语句时，mysqld 会调用 start_transaction 函数。这个函数会初始化事务相关的数据结构，如事务 ID、回滚段等。
- 在 InnoDB 存储引擎中，事务 ID 是一个递增的数字，用于唯一标识每个事务。回滚段则用于存储事务执行过程中的回滚信息，以便在事务回滚时恢复数据到事务开始前的状态。
事务操作
- 在事务执行过程中，对数据的修改操作（如 INSERT、UPDATE、DELETE）会被记录到日志中。对于 InnoDB 存储引擎，这些操作会先记录到重做日志（redo log）和回滚日志（undo log）中。
- 例如，当执行 UPDATE users SET age = age + 1 WHERE name = 'John'; 语句时，InnoDB 会先将该操作记录到重做日志和回滚日志中。重做日志用于崩溃恢复，确保在数据库崩溃后能重新应用这些修改；回滚日志用于事务回滚，在需要时撤销该修改。
事务提交与回滚
- 当客户端发送 COMMIT 语句时，mysqld 调用 commit_transaction 函数。这个函数会将事务的所有修改持久化到存储引擎中，并释放事务占用的资源。在 InnoDB 中，会将重做日志中的修改刷新到磁盘，同时清理回滚段中与该事务相关的信息。
- 当客户端发送 ROLLBACK 语句时，mysqld 调用 rollback_transaction 函数。该函数会根据回滚日志中的信息撤销事务执行过程中的所有修改，恢复数据到事务开始前的状态。

锁机制核心函数调用

锁请求
- 在多用户并发访问数据库时，为了保证数据的一致性，mysqld 使用锁机制。当一个事务需要对数据进行修改时，会调用 lock_request 函数请求相应的锁。
- 例如，对于 UPDATE users SET age = age + 1 WHERE name = 'John'; 语句，在执行前会请求对 users 表中满足 name = 'John' 条件的行锁。锁请求函数会根据锁的类型（如共享锁、排他锁）和当前锁的持有情况进行处理。
锁授予与等待
- lock_grant 函数负责决定是否授予锁请求。如果请求的锁与当前已持有的锁不冲突（例如，请求共享锁，而当前没有排他锁持有），则授予锁；否则，请求线程会进入等待状态。
- 等待锁的线程会被放入一个等待队列中。lock_wait 函数管理等待线程的状态，当锁可用时，会从等待队列中唤醒相应的线程。
锁释放
- 当事务完成（提交或回滚）时，会调用 lock_release 函数释放持有的锁。例如，在事务提交后，commit_transaction 函数会调用 lock_release 函数释放事务持有的所有锁，以便其他事务可以请求这些锁来访问数据。

日志管理核心函数调用

二进制日志写入
- 二进制日志用于记录数据库的所有修改操作，主要用于数据备份和主从复制。log_bin_write 函数负责将修改操作写入二进制日志。
- 例如，当执行 INSERT INTO products (name, price) VALUES ('Widget', 10.99); 语句时，log_bin_write 函数会将该 INSERT 操作以二进制格式记录到二进制日志文件中。二进制日志文件的格式有特定的结构，包含事件头、事件数据等部分。
重做日志写入
- 重做日志用于崩溃恢复，确保在数据库崩溃后能重新应用未完成事务的修改。log_redo_write 函数负责将修改操作记录到重做日志中。
- 重做日志采用循环写的方式，当日志文件写满时，会覆盖旧的日志内容。在写入重做日志时，会先将修改操作记录到日志缓冲区中，然后根据一定的策略（如日志缓冲区满、事务提交等）将日志缓冲区的内容刷新到磁盘。
日志刷新与同步
- log_flush 函数负责将日志缓冲区的内容刷新到磁盘。这一操作对于保证数据的持久性非常重要。在事务提交时，通常会调用 log_flush 函数确保相关日志已持久化到磁盘。
- log_sync 函数用于确保日志数据已真正写入磁盘，而不仅仅是在操作系统的缓存中。通过调用 fsync 等系统调用，log_sync 函数保证日志数据的可靠性，防止在系统崩溃时丢失数据。

错误处理核心函数调用

错误检测
- 在 mysqld 的各个处理阶段（如 SQL 解析、存储引擎操作等）都可能检测到错误。例如，在 lex_and_parse 函数进行 SQL 解析时，如果发现语法错误，会设置相应的错误标志。
- 在存储引擎操作中，如果遇到磁盘 I/O 错误、数据校验错误等，也会触发错误检测机制。例如，InnoDB 在读取数据页时，如果发现数据页的校验和不正确，会标记一个错误。
错误报告
- 当错误被检测到后，mysqld 调用 report_error 函数来报告错误。这个函数会根据错误的严重程度（如警告、错误、致命错误等）采取不同的处理方式。
- 对于警告级别的错误，report_error 可能只是记录一条日志信息；对于错误级别的错误，除了记录日志外，还可能向客户端返回错误信息；对于致命错误，report_error 可能会导致 mysqld 进程终止。
错误恢复
- 在一些情况下，mysqld 可以从错误中恢复。例如，如果是由于临时的磁盘空间不足导致写入日志失败，在空间恢复后，mysqld 可以通过重试操作来恢复正常运行。
- 对于更严重的错误，如存储引擎内部的数据结构损坏，可能需要手动干预（如进行数据库修复操作）才能使 mysqld 恢复正常。在这种情况下，mysqld 通常会记录详细的错误信息，帮助管理员定位和解决问题。

性能监控与统计核心函数调用

性能计数器初始化
- mysqld 启动时，会调用 init_perf_counters 函数来初始化性能计数器。这些计数器用于统计各种数据库操作的次数、时间等信息，如查询执行次数、锁等待时间、磁盘 I/O 次数等。
- 例如，会初始化一个计数器用于统计 SELECT 语句的执行次数，每次执行 SELECT 语句时，该计数器会递增。
性能数据收集
- 在数据库运行过程中，各个核心函数会在适当的位置更新性能计数器。例如，在 handle_connection 函数处理客户端连接时，会更新连接相关的计数器（如连接建立次数、连接断开次数）。
- 在执行 SQL 语句时，execute_sql 函数会更新查询相关的计数器，如查询执行时间、查询返回行数等。
性能数据展示
- show_perf_data 函数用于展示性能数据。可以通过 SHOW STATUS 等 SQL 语句调用该函数，向用户展示当前数据库的性能统计信息。这些信息对于数据库管理员进行性能调优非常重要，例如通过查看锁等待时间的统计信息，可以判断是否存在锁争用问题，进而优化数据库设计或调整事务处理逻辑。